Naukowcy opracowali nowy materiał odporny na promieniowanie

Data dodania: środa, 27 marca 2019, autor: fnp.org.pl

Międzynarodowy zespół naukowców opracował nowy materiał o wybitnej odporności na promieniowanie, który może zrewolucjonizować podejście do projektowania elementów konstrukcyjnych np. w reaktorach syntezy termojądrowej. W badaniach uczestniczyła grupa dra inż. Jana Wróbla z Politechniki Warszawskiej, laureata programów START i HOMING Fundacji na rzecz Nauki Polskiej. Wyniki badań opublikowało czasopismo Science Advances.

Jednym z głównych problemów technologicznych związanych z energetyką jądrową jest niszczenie materiałów konstrukcyjnych pod wpływem napromieniowania. Rozwiązaniem tego problemu może być zastosowanie tzw. stopów o wysokiej entropii – nowej klasy materiałów składających się, w odróżnieniu od tradycyjnych materiałów, z czterech lub więcej składników o podobnym stężeniu. Stopy te cechują się wysoką entropią konfiguracyjną, czyli dużym stopniem nieuporządkowania atomów, wyjątkową mikrostrukturą i unikalnymi właściwościami. Jak wynika z najnowszych badań opublikowanych w czasopiśmie Science Advances, stop o wysokiej entropii W-Ta-Cr-V jest niezwykle odporny na promieniowanie i zachowuje znakomite właściwości mechaniczne. Z tego względu materiał ten jest atrakcyjnym kandydatem do zastosowań w elementach konstrukcyjnych przyszłych reaktorów jądrowych lub syntezy termojądrowej.

Publikacja jest efektem międzynarodowej współpracy naukowców z Wydziału Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej z naukowcami z Los Alamos National Laboratory, Argonne National Laboratory i Pacific Northwest National Laboratory w USA oraz z Culham Centre for Fusion Energy w Anglii. Grupa dr. inż. Jana Wróbla, w ramach realizacji grantu w programie HOMING FNP, odpowiedzialna była za stworzenie modelu teoretycznego, który wyjaśnił przyczynę wydzielania w stopie faz o zwiększonej zawartości atomów V i Cr.

- Ze względu na olbrzymią liczbę możliwych kombinacji, zarówno doboru pierwiastków jak i ich stężeń, eksperymentalne przebadanie wszystkich kombinacji stopów nie jest możliwe. Dlatego materiały te są ciągle mało poznane. Głównym celem naszych badań jest zrozumienie, w jaki sposób uporządkowanie atomowe oraz podstawowe właściwości stopów zależą od stężeń poszczególnych pierwiastków oraz od temperatury. Stworzony przez mój zespół model, polegający na połączeniu metod obliczeniowych opartych na mechanice kwantowej z metodami statystycznymi, wykazał, że w stopie W-Ta-Cr-V występuje silna tendencja do przyciągania pomiędzy atomami V i Cr, które jest przyczyną wydzielania faz V-Cr obserwowanych eksperymentalnie przez naszych współpracowników z USA. Co więcej, symulacje komputerowe przeprowadzane systematycznie w szerokim zakresie stężeń i temperatur mogą się przyczynić do znalezienia optymalnego składu stopu, który potencjalnie może mieć jeszcze lepsze właściwości niż ten opisany w naszej publikacji - mówi dr inż. Jan Wróbel.

Dr inż. Jan Wróbel jest absolwentem Politechniki Warszawskiej, gdzie uzyskał także stopień doktora. Następnie pracował w Culham Centre for Fusion Energy (CCFE) w Wielkiej Brytanii. Wrócił do Polski po uzyskaniu grantu w programie HOMING Fundacji na rzecz Nauki Polskiej. Celem tego programu było zachęcanie Polaków i obcokrajowców pracujących za granicą do przyjazdu do Polski i prowadzenia badań w naszym kraju. Wcześniej dr inż. Jan Wróbel otrzymał dwukrotnie stypendium dla najzdolniejszych młodych naukowców w programie START Fundacji na rzecz Nauki Polskiej.

Publikacja w Science Advances